土壤鎘(Cd)作為一種高毒性重金屬元素，具有在環(huán)境中遷移性強(qiáng)、在生物體內(nèi)易富集的特點(diǎn)，是影響農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品安全的主要污染物。區(qū)域農(nóng)田土壤Cd空間異質(zhì)性高、污染過程和來源復(fù)雜、輸入途徑多樣，多介質(zhì)遷移及時(shí)空演變受到多種自然和人為因素綜合影響。因此，研究并構(gòu)建土壤Cd污染快速診斷與定量源解析方法對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染防控和風(fēng)險(xiǎn)管理具有重要指導(dǎo)意義。針對(duì)上述關(guān)鍵問題，中國科學(xué)院南京土壤研究所胡文友課題組研發(fā)了基于多種光譜和源解析技術(shù)的區(qū)域農(nóng)田土壤Cd污染快速診斷與定量溯源方法，構(gòu)建了一套高效、科學(xué)、適用性強(qiáng)的技術(shù)解決方案。
 

　　在土壤Cd污染快速診斷技術(shù)方面，研究團(tuán)隊(duì)突破了傳統(tǒng)土壤Cd檢測(cè)方法操作繁瑣、檢測(cè)周期長、難以滿足區(qū)域土壤污染快速診斷需求的技術(shù)瓶頸，建立了基于X射線熒光光譜(XRF)、可見-近紅外光譜(Vis-NIR)等多種光譜方法的土壤Cd污染快速診斷技術(shù)(Wan et al.,2024；鄧源等,2024)。通過引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)建模、外積融合算法和Granger-Ramanathan模型等技術(shù)手段，提升了預(yù)測(cè)精度與穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域土壤Cd污染的高效、低成本、高精度快速診斷(Wan et al.,2024)。在土壤Cd污染溯源方面，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合區(qū)域長期調(diào)查和田間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了集成正定矩陣因子分解模型(PMF)、穩(wěn)定同位素示蹤、三端元質(zhì)量平衡模型和貝葉斯混合模型(MixSIAR)等多種溯源技術(shù)的區(qū)域農(nóng)田土壤Cd污染定量源解析方法，精準(zhǔn)解析了施肥、灌溉、大氣沉降等人為活動(dòng)對(duì)土壤Cd污染來源的影響(Wu et al.,2025)，并厘清了Cd在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化路徑，進(jìn)一步定量了土壤、灌溉水、大氣沉降對(duì)水稻籽粒Cd的來源和貢獻(xiàn)(Tian et al.,2024)。研究證明，該方法體系不僅解決了現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)模型在小樣本、非均質(zhì)環(huán)境下適用性差的問題，還可用于不同空間尺度下土壤和作物Cd來源的定量解析，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田土壤Cd定量溯源的技術(shù)融合和應(yīng)用(發(fā)明專利ZL 202411459521.3)。相關(guān)研究成果可為區(qū)域農(nóng)田重金屬污染快速診斷與源頭管控研究提供新的視角，為農(nóng)田重金屬污染防控和風(fēng)險(xiǎn)管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
 

　　以上研究成果發(fā)表在Geoderma,Science of the total environment和土壤學(xué)報(bào)等期刊上,課題組助理研究員田康和博士生吳秋梅等為第一作者或發(fā)明人，胡文友副研究員為通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。
 

圖1. 構(gòu)建了基于多種光譜方法的區(qū)域農(nóng)田土壤Cd污染快速診斷技術(shù)
 

圖2. 集成多種源解析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了區(qū)域土壤和水稻籽粒Cd的定量溯源